行波测距技术

输电线路故障行波测距技术科汇电气有限公司科汇电气目录•概述•阻抗测距方法存在的问题•早期行波测距装置•现代行波测距原理•关键技术问题的解决•XC系列行波测距装置及系统•行波测距装置应用中的若干问题•实际故障测距结果故障测距的作用•缩短故障修复时间，提高供电可靠性，减少停电损失。•发现造成线路瞬时故障的绝缘薄弱点、线路走廊下的树支等事故隐患，及时处理，防止故障的再一次发生。•减轻人工巡线工作量。故障测距方法分类•故障分析法：根据故障时电压、电流录波图估算故障距离。•阻抗法：通过测量阻抗来计算故障距离。•行波法：通过测量电压、电流行波在线路上传播的时间，计算故障距离。目录•概述•阻抗测距方法存在的问题•早期行波测距装置•现代行波测距原理•关键技术问题的解决•XC系列行波测距装置•行波测距装置应用中的若干问题•实际故障测距结果阻抗测距原理根据在母线处测量到的阻抗（电抗）值计算故障距离Zm=Vm/Im=Rm+jLm=x.R0+x.L0x----故障距离R0,L0----单位长度电阻、电抗值VmZm•测距误差大，受多种因素影响，包括：–故障点弧光电阻–电源阻抗–电压、电流互感器变换误差–线路不对称（换位）影响–长线分布电容–线路走廊地形变化，引起零序参数变化。测距误差大•不宜用于以下线路：–直流输电线路–带串补电容线路–分支线–部分同杆架设双回线适用性差目录•概述•阻抗测距方法存在的问题•早期行波测距装置•现代行波测距原理•关键技术问题的解决•XC系列行波测距装置•行波测距装置应用中的若干问题•实际故障测距结果基本原理：通过测量电压、电流行波在故障点及母线（电站）之间的传播时间测距。优点：行波在线路上传播速度接近光速，且不受故障电阻、线路结构及电压、电流互感器误差影响，因而测量精度高，适应性好。•A型测距装置–高速拍照，记录故障产生的电压行波，识别电压脉冲故障点及母线间往返一次的时间计算故障距离。–装置复杂，可靠性差。–50年代试制，没有推广应用。•B型测距装置–线路对端的装置在接收到故障电压脉冲后向本端发送信号，比较本端接收到故障脉冲及对侧信号的时间差，计算故障距离。–可靠性较好，但需要常备通信通道，构成复杂。–在美国、日本等个别国家安装使用，没有大量地推广应用。•C型测距装置–在线路故障时，向故障点注入电压行波脉冲，测量故障点反射脉冲到来时间测距。–装置构成复杂，可靠性较差。–国外日本等国安装使用，国内开展过研究，没有大量地推广应用。目录•概述•阻抗测距方法存在的问题•早期行波测距装置•现代行波测距原理•关键技术问题的解决•XC系列行波测距装置•行波测距装置应用中的若干问题•实际故障测距结果根据到达母线的故障初始行波脉冲S1与由故障点反射回来的行波脉冲S2之间的时间差测距XL=v/2=v（TS1-TS2）/2优点：只需要在线路一端安装装置缺点：波形分析困难，可靠性差单端A型测距（新）原理RSt初始行波故障点反射波TS1TS2TS3Ftt利用故障初始行波到达线路两端的时间计算故障距离：XL=[（TS-TR）v+L]/2优点：可靠性高，测距准确。缺点：需要在线路两端安装装置及通信配合。双端（D型）测距原理RSFTrtTst单端（E）型测距原理通过测量重合闸脉冲在故障点的反射到达时间测距：适用于测量永久短路及断线故障tvXL21RSFt合闸脉冲故障点反射脉冲t目录•概述•阻抗测距方法存在的问题•早期行波测距装置•现代行波测距原理•关键技术问题的解决•XC系列行波测距装置•行波测距装置应用中的若干问题•实际故障测距结果早期行波测距装置不成功的原因•当时对线路行波现象的研究认识还不充分•受技术条件地限制，行波的记录、分析及处理手段有限。•早期行波测距装置均利用电压行波信号，需安装专用电压行波耦合装置，投资大，安装复杂，不容易为现场所接受，影响装置推广使用。行波信号的测量•保护与测距利用信号的带宽–常规电流、阻抗等保护：0-1KHz（50Hz）–阻抗测距装置：0-1KHz（50Hz）–行波保护：0-2KHz–行波测距：0-300KHz，距离分辨率500m•电容式电压互感器（CVT）不能传变电压行波，早期行波测距使用电容分压（耦合器）测量电压行波，安装复杂，需要额外投资。•光PT、CT离商业化应用有距离。利用普通的电流互感器测量电流行波•科汇在世界上首次提出利用普通的电流互感器测量电流行波，并通过数字仿真分析及对实际CT的测试证明之。•利用CT测量电流行波优点–象常规的保护录波装置一样接入，具有简单、易于实现的优点。–不需要额外投资–由于母线有较大的分布电容，母线处感受到电压行波波头幅值较小且上升速度慢，而电流行波波头却有较大的幅值且上升速度很快，利用故障电流行波检测灵敏度高。电压行波电流行波电压行波电流行波比电压行波上升速度快行波测距要求1MHz的采样频率，普通的CPU控制A/D转换很难实现。设计了专用硬件超高速数据采集电路，记录故障行波数据。CPU在故障后以较慢的数据读取存入超高速数据采集电路RAM里的数据，进行分析处理。解决采样速度与CPU处理能力有限的矛盾。超高速行波数据采集技术CPU超高速数据采集电路电流输入徐丙垠:GPS时间同步技术•线路两端装置装置要有1us的时间同步精度，以保证装置测距的精度。•使用GPS同步时钟可以实现装置的1us时间同步，使装置记录电流行波到达时间的精度在1us以内。•通过对记录波形的分析可以精确地找出行波信号到达的时间，避免因信号上升慢，电路触发延时造成的测距误差。脉冲到达时刻检测到信号时刻远程通信及分析技术•装置之间可以使用电话网、INTERNET数据网、电力系统专用通信通道等广域通信网互联，交换数据，实现双端测距。•由于不需要在故障后立即动作，不要求为测距装置之间设置常备通信通道。•可以使用一台PC机作为主站按通信规约读取装置记录下的电流行波到达的时间信息及行波波形数据并存盘，自动或由操作人员在计算机辅助下分析故障电流行波数据，计算出故障距离。行波测距通信系统广域通信网测距装置测距装置测距装置测距装置PC主站目录•概述•阻抗测距方法存在的问题•早期行波测距装置•现代行波测距原理•关键技术问题的解决•XC系列行波测距装置•行波测距装置应用中的若干问题•实际故障测距结果XC-21行波测距装置的构成中心处理单元高速数据采集GPS单元DI/DO人机界面电流输入RS-232在XC-11行波测距装置得基础上研制成功后台工业PC机主要技术指标与特点•测距精度小于1公里•最多监视8条线路•装置本身存储96次故障记录•采用图形式液晶显示器(LCD)，显示装置定值输入菜单与键入值、装置运行状态信息等。•使用一台工业PC机作为后台分析机，读取、分析、长期保存故障记录•与有关变电站的装置通信，交换故障行波到达时间，计算故障距离。XC-21与国内外同类装置的比较•阻抗测量原理的故障测距装置,难以达到1Km的测距精度，且不适用于有分支线路、串补电容以及有一部分同杆并架双回路区段线路的缺点。•美国BPA电力公司研制了利用电压行波的双端行波测距装置，需要安装专门电压行波测量变换装置，没有波形采集记录功能并且也不具备单端行波故障测距功能。•美国HATHAWAY公司与科汇合作研制成功适应国外市场的同类测距装置在美国、英国、加拿大、巴西、香港等国家与地区安装数百套，运行效果良好。•国内一些科研部门、高等院校也在开展行波测距技术及装置的研究。目录•概述•阻抗测距方法存在的问题•早期行波测距装置•现代行波测距原理•关键技术问题的解决•XC系列行波测距装置•行波测距装置应用中的若干问题•实际故障测距结果行波测距系统•一个电网内安装在不同变电站的行波测距装置构成行波测距系统•装置记录的故障数据通过SCADA、故障信息采集系统或专用通信通道上传至主站。•使用一台PC机作为系统主站。主站设置在调度中心或一个中心变电站内。•应用XCF-2000分析软件可以自动或由操作人员在计算机辅助下分析故障电流行波数据，计算故障距离。使用后台分析机分析、保存故障数据。使用电话人工交换数据，实现双端测距。XC-21XC-21SRFPCPC线路两端装置使用公共电话网交换数据，实现双端测距。XC-21XC-21SRFPCPCMODEMMODEM电话网使用PC机分析主站XC-21XC-21SRFPCPCMODEMMODEMPC主站电话网MODEMXC-21利用电话网装置构成行波测距系统电话网MMMM测距装置测距装置测距装置测距装置ModemPC主站后台机后台机后台机后台机XC-21XC-21MRS装置安装位置的选择检测线路SM、MR上的故障XC-21XC-21SRXC-21T装置安装位置的选择装设三端装置，检测T接线路上故障。单端行波波形分析•通过识别故障点反射波到达时刻计算故障距离。•需要考虑故障点透射及其他健康线路对端反射的影响故障点在线路中点以内，第二个行波脉冲是故障点反射波。ti(t)故障初始行波故障点反射波TS1TS2TS3FRSFt故障初始行波故障点反射波TS1TS2TS3对端反射波故障点在线路中点以外且存在透射时，第二个行波脉冲是对端反射波在故障点的透射。故障点反射波与一般对端母线反射波极性相反。测距结果的验证•识别出故障点反射波计算故障点到本端母线的距离；•识别出对端母线反射波计算故障点到对端母线距离；•两种方法得到的结果相加是线路全长，据此可以验算测距结果。同母线上其他线路反射波的影响•故障行波穿过母线透射到其他健全线路上，行波在健康线路对端被反射回来，影响故障点反射脉冲的识别。•当母线上运行的线路较多时（如4条线路时），母线行波阻抗接近零，故障行波在其他健全线路上的透射很小，可以认为母线呈短路状态，可以不考虑其他线路的影响。健康线路Ⅱ健康线路Ⅰ故障线路健康线路Ⅰ健康线路Ⅱ故障线路比较故障线路及健全线路脉冲极性可以区分来自故障线路及健全线路的行波。行波测距方法的配合•双端测距：简单、可靠。需装设两端装置•单端测距：投资小，波形复杂，不易识别。•利用重合闸产生的行波测距：测量永久短路、断线故障•实际使用中，三种方法应配合使用，互相校对。小波分析技术的应用•小波变换技术是分析暂态行波信号的一种先进的数学手段，有助于解决单端波形自动识别问题。•根据行波信号在不同尺度下的小波变换下的模极大值，研究输电线路发生故障后的电流行波传播的规律及特点。电压过零问题•在电压相角过零或接近零时发生故障，产生的电压、电流行波比较微弱，会造成保护或测距装置失败。•实际上，绝大部分线路故障是绝缘击穿故障，电压过零或接近零故障的几率相当小。•电压过零时，故障点一般呈永久金属性短路性质，利用重合闸脉冲在故障点的反射仍然可以测出故障距离。母线上无其他线路的问题•没有其他健康线路，在故障行波到达母线后，线路上只能测量到由母线分布电容产生的持续时间比较短、幅值较小的电流脉冲信号，影响测量电流行波的测距方法应用效果。•通过降低行波脉冲检测门槛值来提高检测灵敏度，这样做的同时也牺牲了装置的抗干扰能力；•另外一种方案是加装电压行波传感器，测量电压行波脉冲。可以检测流过电容式电压互感器（CTV）电容分压器的电流，来间接测量故障行波。接电压互感器C1C2iv雷电波的影响•雷电波波头在几十致数百微秒之间，雷击在线路上产生电流行波，会造成行波测距装置启动。•在行波装置两次启动之间要有一段等待（死区）时间，如在雷击后造成装置一次启动记录后，紧接着又发生一次故障，会出现漏记故障行波现象。•装置设计时，要尽量减少两次启动之间的死区时间。•实际上，在一次雷击后马上又有一次雷击并造成线路故障的几率是很小的，一般不会出现漏记故障行波现象。•不要简单地将雷电记录作为“废物”丢掉，对于线路防雷研究是十分有意义的。•如果雷电波引起两端装置启动，可以利用双端故障测距原理，定位雷击点。•从波形上可以分辨所记录的是故障电流行波还是雷击线路引起的电流行波。雷击线路引起的三相电流幅值接近，波形同极性，且一般为正极性。•雷击造成线路故障时，雷电电流波与故障点短路电流相混迭，行波波形复杂，增加了分析单端行波